C++中用栈来判断括号字符串匹配问题的实现方法

在C++编程中，解决括号字符串匹配问题是一种常见的算法挑战，主要涉及到数据结构中的栈。本篇将详细解析如何利用栈来判断一个由各种括号组成的字符串是否正确匹配。 我们需要理解栈（Stack）的基本特性。栈是一种后进先出（Last In First Out, LIFO）的数据结构，它允许在栈顶进行插入（Push）和删除（Pop）操作。在处理括号匹配问题时，栈通常用于存储左括号，以便后续检查它们与右括号的对应关系。 1. **栈的定义与初始化**： 为了实现这个功能，我们需要定义一个栈的结构体，包含一个字符数组`strstack`来存储元素，以及一个整型变量`top`来记录栈顶的位置。初始化栈时，将`top`设置为-1，表示栈为空。 ```cpp struct stack { char strstack[stacksize]; int top; }; void InitStack(stack &s) { s.top = -1; } ``` 2. **栈的操作**： - 入栈（Push）：当遇到左括号时，将其压入栈中。如果栈已满（即`top`等于`stacksize - 1`），则无法再入栈，返回0。 - 出栈（Pop）：遇到右括号时，尝试从栈顶弹出一个元素，并检查是否与当前右括号匹配。如果栈为空或弹出的不是对应的左括号，则返回0。 - 判断栈是否为空（Empty）：如果`top`为-1，表示栈为空，返回1；否则返回0。 ```cpp char Push(stack &s, char a) { if (s.top == stacksize - 1) { return 0; } s.top++; s.strstack[s.top] = a; return a; } char Pop(stack &s) { if (s.top == -1) { return 0; } char a = s.strstack[s.top]; s.top--; return a; } int Empty(stack &s, int re) { if (s.top == -1) { return 1; } else { return 0; } } ``` 3. **括号匹配的检查**： 定义一个`Check`函数，接收一个字符串参数`str`。遍历字符串，对每个字符执行以下操作： - 如果是左括号（'('、'['、'{'），调用`Push`将其压入栈。 - 如果是右括号（')'、']'、'}'），调用`Pop`并检查弹出的字符是否与当前右括号匹配。如果不匹配，返回0表示不匹配。 - 遍历结束后，还需要调用`Empty`检查栈是否为空。如果栈非空，说明有未匹配的左括号，返回0表示不匹配；反之，返回1表示匹配。 ```cpp int Check(char *str) { stack s; InitStack(s); int strn = strlen(str); for (int i = 0; i < strn; i++) { char a = str[i]; switch (a) { case '(': case '[': case '{': Push(s, a); break; case ')': if (Pop(s) != '(') { return 0; } break; case ']': if (Pop(s) != '[') { return 0; } break; case '}': if (Pop(s) != '{') { return 0; } break; } } int re = 0; re = Empty(s, re); if (re == 1) { return 1; } else { return 0; } } ``` 4. **完整代码**： 最终的完整代码包括上述所有功能，并添加了基本的输入输出处理，以便用户输入括号字符串并得到匹配结果。 ```cpp #include <iostream> #include <stdio.h> #include <string.h> using namespace std; #define stacksize 100 // ...（栈的结构体定义和操作函数定义） int main() { string str; cout << "请输入一个括号字符串：" << endl; getline(cin, str); char* cstr = new char[str.length() + 1]; strcpy(cstr, str.c_str()); int result = Check(cstr); if (result) { cout << "括号字符串匹配成功！" << endl; } else { cout << "括号字符串匹配失败！" << endl; } delete[] cstr; return 0; } ``` 这段代码能够接受用户输入的括号字符串，通过调用`Check`函数判断其是否匹配，并输出相应的结果。通过这种方法，我们可以高效地检测一个括号字符串的正确性，它是很多编程竞赛和实际开发中解决类似问题的常用策略。